自由型曲線(xiàn)曲面直接插補(bǔ)技術(shù)研究.pdf

1、隨著機(jī)械制造、自動(dòng)控制、微電子、數(shù)據(jù)處理等技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的數(shù)控技術(shù)即將被新的、開(kāi)放式的數(shù)控技術(shù)所取代。在數(shù)控系統(tǒng)中，插補(bǔ)功能的優(yōu)劣直接影響了對(duì)CNC控制系統(tǒng)整體性能的評(píng)價(jià)。在現(xiàn)代制造業(yè)中，對(duì)曲面加工的需求和質(zhì)量要求不斷提高，而傳統(tǒng)的以直線(xiàn)、圓弧為代表的插補(bǔ)技術(shù)，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足這一需求，因此，需要研究新的自由型曲線(xiàn)曲面插補(bǔ)技術(shù)，來(lái)改善零件的加工效率和加工質(zhì)量，以適應(yīng)現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)的發(fā)展要求。 NURBS(Non-Uniform

2、Rational B_Spline)由于其良好的數(shù)學(xué)特性，被國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織規(guī)定為產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換的一個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，并且在CAD領(lǐng)域，NURBS已得到較好的應(yīng)用。因此，研究以NURBS為代表的自由型曲線(xiàn)曲面插補(bǔ)技術(shù)成為一種必然選擇。 本文在深入研究NURBS曲線(xiàn)曲面構(gòu)成方法及其性質(zhì)的基礎(chǔ)上，介紹了曲線(xiàn)曲面的參數(shù)矢量確定方法和控制點(diǎn)反算算法，對(duì)NURBS基函數(shù)迭代算式進(jìn)行了簡(jiǎn)化處理，提出了一種具有實(shí)時(shí)前瞻功能的NURBS動(dòng)態(tài)插補(bǔ)方法，該算

3、法能夠在滿(mǎn)足精度要求的前提下，綜合考慮電機(jī)性能和曲線(xiàn)曲率變化，使得加工步長(zhǎng)平緩連續(xù)變化，并且能前瞻減速段的開(kāi)始位置，在到達(dá)曲線(xiàn)終點(diǎn)之前及時(shí)減速，使加工過(guò)程中的機(jī)床震動(dòng)小，防止零件過(guò)切。 在曲面加工中，刀具不可能遍歷整個(gè)待加工曲面，而只能沿著曲面上的一些有限的曲線(xiàn)軌跡運(yùn)動(dòng)。因此，曲面加工中，需要確定刀具運(yùn)動(dòng)的這些曲線(xiàn)軌跡。文中介紹了常見(jiàn)的幾種刀具軌跡生成方法，并對(duì)它們的應(yīng)用條件和優(yōu)劣進(jìn)行了對(duì)比。針對(duì)常見(jiàn)的兩種不同的曲面形狀，文中采

4、用了不同的方法進(jìn)行處理。對(duì)于兩軸半曲面，采用傳統(tǒng)的固定導(dǎo)軌偏置距離的方法進(jìn)行刀具軌跡規(guī)劃；而對(duì)于三軸曲面，則根據(jù)精度要求，采用計(jì)算得到的刀軌來(lái)求得隨著曲率變化而不斷變化的參數(shù)步長(zhǎng)值，在滿(mǎn)足精度要求的前提下，達(dá)到一種刀具軌跡的最優(yōu)化設(shè)計(jì)，在曲率大的地方，刀軌較密，曲率小的地方，刀軌較疏，能夠最大程度的協(xié)調(diào)曲率與效率的關(guān)系，使其能夠在最短的時(shí)間內(nèi)，加工完整張曲面。 根據(jù)NURBS插補(bǔ)原理和文中介紹的插補(bǔ)方法，采用Visual C++